RU2147617C1

RU2147617C1 - Method of recovering iron from iron-containing materials

Info

Publication number: RU2147617C1
Application number: RU97119727A
Authority: RU
Inventors: Джордж У. Форд; Ричард С. Ламберт; Рассел Г. Мэдсен
Original assignee: Ковол Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 1995-06-06
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 2000-04-20
Also published as: MX9709551A

Abstract

FIELD: waste disposal. SUBSTANCE: wastes with high iron content of the type of electric arc furnace dust are shaped with the aid of organic binder into briquette-type products and/or other solid configurations that can be used in steel and iron smelting processes and also to produce commercially important volumes of iron and heavy metals from wastes. For that, iron- containing material is first combined with carbon-containing material to form oil- and moisture-free iron-carbon mixture. Further, styrene or acrylonitrile polymer is dissolved in hygroscopic solvent. The two components are combined and calcium carbonate and aluminosilicate binder are added. Resultant mixture is completed with aqueous emulsion of polyvinyl polymer and compacted into products. The latter contain iron-containing material and powdered carbon with molecular carbon attachment zones linked to each other over long-chain polymer. EFFECT: utilized harmful waste. 28 cl, 1 dwg, 6 tbl, 6 ex

Description

Настоящее изобретение относится к получению коммерчески значимых объемов металлов из металлургических отходов, в частности, из отходов, образующихся при выплавке железа и стали. The present invention relates to the production of commercially significant volumes of metals from metallurgical waste, in particular from waste generated during the smelting of iron and steel.

Уровень техники
В процессах выплавки железа и стали образуются отходы, содержащие окислы железа, а часто и окислы других металлов. В выходящих газовых потоках эти материалы обычно присутствуют в виде пыли. Отходы такого рода плохо поддаются утилизации, т. к. пыль обычно имеет тонкодисперсный размер частиц и простое возвращение ее в восстановительную печь для получения железа, как правило, приводит к тому, что пыль снова попадает в выходящие газовые потоки. Таким образом, даже если эти тонкодисперсные материалы содержат значительное количество металла, использовать их невозможно.State of the art
In the processes of smelting iron and steel, waste products are formed containing iron oxides, and often oxides of other metals. In the outgoing gas streams, these materials are usually present in the form of dust. Waste of this kind is difficult to recycle, because the dust usually has a fine particle size and simply returning it to a reduction furnace to produce iron, as a rule, causes the dust to fall back into the outgoing gas streams. Thus, even if these finely divided materials contain a significant amount of metal, it is impossible to use them.

Существуют способы накопления и стабилизации пыли в отвалах около выплавляющих сталь производств, но этот вариант становится все более неприемлемым из-за ужесточения природоохранных актов, а также, с ростом цен на землю, из-за уменьшения свободных площадей. Пыль также может быть переработана и включена в керамические и строительные материалы, но это не всегда рентабельно. Эти способы не окупают ценности остаточного железа и других металлов в отходах. There are ways to accumulate and stabilize dust in dumps near steel-making plants, but this option is becoming increasingly unacceptable due to toughening of environmental protection acts, as well as, with an increase in land prices, due to a decrease in free areas. Dust can also be recycled and incorporated into ceramic and building materials, but this is not always cost-effective. These methods do not cover the value of residual iron and other metals in the waste.

Серьезную проблему представляют отходы в виде пыли из электродуговых печей, обычно обозначаемой как ЭДП-пыль. В электродуговых печах металлический лом плавится с использованием высоковольтного электрического тока. Металлический лом может поступать из различных источников, включая разнобранные железнодорожные рельсы, резанные стальные листы, демонтированные стальные конструкции, автомобильный лом. Он поступает в электродуговые печи без отделения цветных металлов, таких как свинец, цинк и кадмий. Во время работы электродуговой печи эти цветные металлы испаряются из лома, конденсируются на частицах пыли и оседают в пылеуловительной камере. Вместе с этими металлами выходящие газовые потоки осаждают в пылеуловительной камере большое количество пригодного для восстановления железа. Таким образом, железо и тяжелые металлы, как правило, в их окисленной форме объединяются в аморфной ЭДП-пыли с частицами размером обычно менее 20 мкм. В настоящее время такая ЭДП-пыль классифицируется Агентством по охране окружающей среды США (АООС) как вредные отходы из-за наличия в ней свинца и кадмия. Поэтому для защиты окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами нужны экстенсивные мероприятия, соответствующие регламентациям АООС. Все металлы в ЭДП-пыли представляют определенную ценность и могут быть использованы в дальнейшем при условии разработки эффективных способов разделения и восстановления компонентов пыли. Кроме того, если из ЭДП-пыли удалить следы тяжелых металлов, она становится нетоксичной. A serious problem is waste in the form of dust from electric arc furnaces, commonly referred to as EAF dust. In electric arc furnaces, scrap metal is melted using a high voltage electric current. Scrap metal can come from various sources, including disassembled railway rails, cut steel sheets, dismantled steel structures, and automobile scrap. It enters an electric arc furnace without separating non-ferrous metals such as lead, zinc and cadmium. During operation of the electric arc furnace, these non-ferrous metals evaporate from the scrap, condense on dust particles and settle in the dust chamber. Together with these metals, the outgoing gas streams precipitate a large amount of iron suitable for reduction in the dust chamber. Thus, iron and heavy metals, as a rule, in their oxidized form combine in amorphous EAF dust with particles usually smaller than 20 microns. Currently, such EAF dust is classified by the US Environmental Protection Agency (EPA) as hazardous waste due to its presence of lead and cadmium. Therefore, in order to protect the environment from pollution by heavy metals, extensive measures are required that comply with EPA regulations. All metals in EAF dust are of a certain value and can be used in the future provided that effective methods for the separation and recovery of dust components are developed. In addition, if traces of heavy metals are removed from the EAF dust, it becomes non-toxic.

Для решения этой проблемы применяют несколько процессов с различной степенью успеха. При успешном удалении тяжелых металлов они не справляются с получением железа и обычно оставляют тонкодисперсную пыль, содержащую оксид железа и не имеющую коммерческой ценности. To solve this problem, several processes are used with varying degrees of success. With the successful removal of heavy metals, they cannot cope with the production of iron and usually leave fine dust containing iron oxide and not having commercial value.

Наиболее распространенной технологией является так называемый фьюминг. В этом процессе для разделения тяжелых металлов используют различие их точек кипения. Пыль нагревают до температуры, превышающей точки кипения разделяемых металлов, вызывая тем самым их испарение. Испаренные металлы выделяются из пыли в виде газа и осаждаются в коллекторном устройстве для дальнейшей обработки. Точки кипения этих металлов значительно ниже, чем у железа, являющегося главным компонентом пыли. После отделения свинца, цинка и кадмия оставшаяся пыль содержит железо в виде оксида. Из-за своей пылевидной формы этот материал не пригоден для получения железа и остается отходом. Другой проблемой фьюминга является его энергоемкость, а также то обстоятельство, что он сам производит значительное количество пылевидных отходов. The most common technology is the so-called fuming. In this process, the separation of their boiling points is used to separate the heavy metals. The dust is heated to a temperature above the boiling point of the metals to be separated, thereby causing them to evaporate. Evaporated metals are released from the dust in the form of gas and deposited in a collector device for further processing. The boiling points of these metals are significantly lower than that of iron, which is the main component of dust. After separation of lead, zinc and cadmium, the remaining dust contains iron in the form of oxide. Due to its dusty shape, this material is not suitable for producing iron and remains waste. Another problem of fuming is its energy intensity, as well as the fact that it itself produces a significant amount of dusty waste.

Другой технологией обработки ЭДП-пыли является электролиз. Этот процесс объединяет операции выщелачивания и электроосаждения пыли с электролитическим осаждением. ЭДП-пыль сначала растворяют в электролите, чтобы перевести в раствор свинец, цинк и кадмий. Раствор фильтруют и, далее, осаждают порошком цинка, связывая свинец и кадмий. Полученный раствор цинка пропускают затем через гальваническую ванну, чтобы получить цинк. С точки зрения получения цинка этот способ вполне удовлетворителен, однако в процессе выщелачивания не происходит растворения окислов железа и феррита цинка, которые остаются в отходах, подлежащих высушиванию. Высушенный материал опять-таки представляет собой тонкодисперсную пыль, не имеющую коммерческой ценности. Another technology for processing EAF dust is electrolysis. This process combines dust leaching and electrodeposition with electrolytic deposition. EAF dust is first dissolved in an electrolyte to convert lead, zinc and cadmium into a solution. The solution is filtered and then precipitated with zinc powder, binding lead and cadmium. The resulting zinc solution is then passed through a plating bath to obtain zinc. From the point of view of zinc production, this method is quite satisfactory, however, the leaching process does not dissolve the iron oxides and zinc ferrite, which remain in the waste to be dried. The dried material is again fine dust that does not have commercial value.

ЭДП-пыль также обрабатывают путем смешивания с силикатными материалами, такими как кремниевый песок, глина или стеклянный бой, и нагревания в печи до образования стеклокерамического продукта. Керамика может быть использована в качестве абразива, причем переработанная ЭДП-пыль уже не является вредной. Однако металлы, имеющие реальную коммерческую ценность, при этом выделить невозможно. Таким образом, эти металлы подвергают обработке, используя дорогую, сложную технику, ограничиваясь получением малоценных материалов, только для того, чтобы утилизовать вредные материалы. EAF dust is also treated by mixing with silicate materials, such as silicon sand, clay or glass, and heating in an oven to form a glass-ceramic product. Ceramics can be used as an abrasive, and recycled EAF dust is no longer harmful. However, metals having real commercial value cannot be distinguished. Thus, these metals are processed using expensive, sophisticated technology, limited to obtaining low-value materials, only to recycle harmful materials.

В патенте США N 5453103, 1995 г. предложены продукты утилизации порошкообразных отходов в виде твердых объектов (например, в форме прессованных брикетов), в которых на поверхности порошкообразного материала сформированы зоны присоединения молекулярного углерода, связанные друг с другом посредством длинноцепного полимера. При этом рекомендуемый состав длинноцепного полимера включает соединение, содержащее стирол или акрилонитрил. Однако известные продукты пригодны только для утилизации углеродосодержащих отходов. US Pat. No. 5,453,103, 1995, proposes products for the disposal of powdered wastes in the form of solid objects (for example, in the form of pressed briquettes) in which molecular carbon bonding zones are formed on the surface of the powdered material by bonding with each other via a long chain polymer. Moreover, the recommended composition of the long-chain polymer includes a compound containing styrene or acrylonitrile. However, known products are only suitable for the disposal of carbon-containing waste.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание способа обработки пыли, содержащей железо и тяжелые металлы, который обеспечивает получение железа и тяжелых металлов в виде полезного продукта.SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention is to provide a method for processing dust containing iron and heavy metals, which provides iron and heavy metals in the form of a useful product.

Другие задачи, решаемые изобретением, будут ясны из нижеследующего описания. Other objectives solved by the invention will be clear from the following description.

В кратком изложении настоящее изобретение решает или существенно облегчает решение проблем, перечисленных выше. Разработан способ получения твердого изделия в виде брикетов, таблеток и/или других твердых объектов. Твердый объект (изделие) включает в себя железосодержащий материал с высоким содержанием железа, например ЭДП-пыль, углеродный материал, например коксовую мелочь, тонкодисперсный уголь, и/или другие материалы, сформованные в твердые объекты типа брикетов, для предотвращения их раздробления и распыления. Брикеты, предпочтительно содержащие 30-60% (по весу) железа и 7-20% (по весу) углерода, являются источником железа при выплавке стали и железа, а также поставляют углерод для восстановления железа. Кроме того, в брикетах в состав железосодержащего материала включены также тяжелые металлы, в процессе восстановления железа они извлекаются выпариванием или испарением. Уникальность этого способа испарения заключается в том, что загрузочное сырье сначала формуется в виде стабильного, твердого объекта путем брикетирования или экструзионного прессования (или какой-нибудь другой технологии такого рода) с использованием продукта реакции между мелкими частицами углерода и органическим связующим веществом. Этот продукт поддерживает макроформу пылевого материала до тех пор, пока цинк, свинец и кадмий не испарятся, а оксид железа не восстановится до элементарного железа. Указанный способ позволяет в рамках одного процесса регенерировать все материалы, содержащиеся в ЭДП-пыли. Топливом для этого процесса могут служить отходы в виде коксовой мелочи или тонкодисперсного угля, электрическая дуга или природный газ. Выбор вида топлива определяется экономическими соображениями. In summary, the present invention solves or substantially facilitates the solution of the problems listed above. A method for producing a solid product in the form of briquettes, tablets and / or other solid objects has been developed. A solid object (product) includes a high-iron content iron material, such as EAF dust, carbon material, such as coke breeze, fine coal, and / or other materials molded into solid objects such as briquettes, to prevent their fragmentation and dispersion. Briquettes, preferably containing 30-60% (by weight) of iron and 7-20% (by weight) of carbon, are a source of iron in the smelting of steel and iron, and also supply carbon to reduce iron. In addition, in the briquettes, heavy metals are also included in the iron-containing material; in the process of iron reduction, they are extracted by evaporation or evaporation. The uniqueness of this evaporation method lies in the fact that the feedstock is first molded as a stable, solid object by briquetting or extrusion pressing (or some other technology of this kind) using a reaction product between small carbon particles and an organic binder. This product maintains the macro form of the dust material until zinc, lead and cadmium evaporate and iron oxide is reduced to elemental iron. The specified method allows within the framework of one process to regenerate all the materials contained in the EAF dust. Waste in the form of coke breeze or fine coal, an electric arc or natural gas can serve as fuel for this process. The choice of fuel is determined by economic considerations.

Таким образом, описываемый процесс предназначен для получения железа и тяжелых металлов из порошкообразных железосодержащим материалом. Эти порошки, из которых в их исходном виде нельзя было получить имеющее реальную ценность железо, теперь могут быть переработаны в объекты, называемые далее изделиями, позволяющие утилизировать их в металлургии железа и стали. При этом получают не только железо, но и тяжелые металлы. Предшествующие попытки формовать углеродосодержащие материалы типа коксовой мелочи, тонкодисперсного угля и/или другие отходы в твердые изделия типа брикетов были большей частью безуспешными, т.к. продукт не получался в достаточной степени связанным и стабильным, распадаясь при хранении и транспортировке снова до мелких, тонкодисперсных частиц. Настоящее же изобретение позволяет формовать углерод- и железосодержащий материал в твердые изделия (макрообъекты), прочные и долговечные при хранении и транспортировке, причем прочность их достаточна для предотвращения преждевременного распада формы в процессе восстановления железа. Тем самым предотвращается попадание веществ в виде пыли в выходящие газовые потоки. Thus, the described process is intended to produce iron and heavy metals from powdered iron-containing material. These powders, from which in their original form it was impossible to obtain iron of real value, can now be processed into objects, hereinafter referred to as products, which make it possible to utilize them in the metallurgy of iron and steel. In this case, not only iron, but also heavy metals are obtained. Previous attempts to form carbon-containing materials such as coke breeze, fine coal and / or other wastes into solid products such as briquettes were largely unsuccessful, because the product was not sufficiently bound and stable, decomposing during storage and transportation again to fine, finely dispersed particles. The present invention allows the molding of carbon and iron-containing material into solid products (macro objects), strong and durable during storage and transportation, and their strength is sufficient to prevent premature decomposition of the form in the process of iron recovery. This prevents the ingress of substances in the form of dust into the outgoing gas streams.

Одним из вариантов осуществления изобретения является процесс создания изделий из тонкодисперсного железосодержащего материала, причем указанный процесс может включать:
а) смешивание железосодержащего материала и углеродного материала с образованием железо-углеродной смеси с высоким содержанием железа, причем порошкообразный материал не должен содержать следов масел или влаги;
б) растворение стирольной или акрилонитриловой полимерной смолы в гигроскопическом растворителе с образованием раствора смолы или кондиционера;
в) соединение раствора смолы, железо-углеродной смеси, карбоната кальция и алюмосиликатного связующего вещества;
г) эмульгирование поливинилового полимера в воде, добавление эмульсии к смеси по операции в) и тщательную гомогенизацию полученной композиции;
д) превращение смеси по операции г) путем прессования в твердое изделие.One of the embodiments of the invention is the process of creating products from finely dispersed iron-containing material, and this process may include:
a) mixing the iron-containing material and the carbon material with the formation of an iron-carbon mixture with a high iron content, and the powder material should not contain traces of oils or moisture;
b) dissolving the styrene or acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent to form a resin or conditioner solution;
C) the connection of the resin solution, the iron-carbon mixture, calcium carbonate and aluminosilicate binder;
d) emulsification of the polyvinyl polymer in water, adding an emulsion to the mixture in step c) and thoroughly homogenizing the resulting composition;
d) the conversion of the mixture according to operation d) by pressing into a solid product.

Под "дисперсным железосодержащим материалом" имеется в виду любой материал в виде порошка, тонкодисперсных частиц или мелких частиц, содержащий железо, окислы железа и/или другие соединения железа. Порошкообразный материал может содержать, кроме того, и другие металлы, в том числе тяжелые, в любой окисленной форме, а также минералы, в частности, обнаруживаемые в руде, в отходах экстракции минералов и т.п. By "dispersed iron-containing material" is meant any material in the form of a powder, fine particles or fine particles containing iron, iron oxides and / or other iron compounds. The powdery material may also contain other metals, including heavy, in any oxidized form, as well as minerals, in particular those found in ore, in mineral extraction waste, etc.

Подходящим железосодержащим материалом является пыль из электродуговых печей (ЭДП-пыль), осаждаемая из выходящих газовых потоков при выплавке железа и стали. Другие материалы такого рода включают в себя такие субпродукты сталелитейного производства как окалина, осажденный оксид железа и пыль (так называемый шлам), обычно скапливающаяся в пылеуловительных камерах кислородных печей. A suitable iron-containing material is dust from electric arc furnaces (EAF dust) deposited from outgoing gas streams in the smelting of iron and steel. Other materials of this kind include steel by-products such as scale, precipitated iron oxide and dust (so-called sludge), which usually accumulate in the dust collection chambers of oxygen furnaces.

Железосодержащий материал обычно не должен содержать влаги (не более 2% по весу) и органических веществ типа масел. Этого можно достигнуть любым подходящим способом очистки и сушки. Предпочтительным является способ, более полно описанный и проиллюстрированный в примерах. The iron-containing material usually should not contain moisture (not more than 2% by weight) and organic substances such as oils. This can be achieved by any suitable method of cleaning and drying. Preferred is a method more fully described and illustrated in the examples.

Порошкообразный материал сначала смешивают с углеродным материалом. При этом железосодержащий материал и углеродный материал могут быть обработаны неорганической кислотой, например соляной. Углеродный материал может быть любой подходящей субстанцией, такой, например, как доменный кокс. Углеродный материал должен быть в достаточной степени дисперсным и обладать способностью формоваться в твердые изделия (макрообъекты) в соответствии с нижеследующим описанием. Кроме того, он не должен содержать примесей, которые могли бы помешать процессу формования или последующему процессу восстановления железа. Типичным является использование тонкодисперсного порошкообразного материала. The powder material is first mixed with the carbon material. In this case, the iron-containing material and the carbon material can be treated with an inorganic acid, for example hydrochloric. The carbon material may be any suitable substance, such as, for example, blast furnace coke. The carbon material must be sufficiently dispersed and have the ability to be molded into solid products (macro objects) in accordance with the following description. In addition, it should not contain impurities that could interfere with the molding process or the subsequent iron reduction process. Typical is the use of finely divided powder material.

В типичном варианте осуществления изобретения порошкообразный материал и углеродный материал смешивают с образованием смеси примерно 15-35% по весу (предпочтительно примерно 25% углеродного материала по весу) и обрабатывают соляной кислотой. Для этой реакции предпочтительное количество кислоты составляет примерно 1-4% по весу, оптимальная величина - примерно 2% кислоты по весу. In a typical embodiment, the powdered material and the carbon material are mixed to form a mixture of about 15-35% by weight (preferably about 25% of the carbon material by weight) and treated with hydrochloric acid. For this reaction, the preferred amount of acid is about 1-4% by weight, the optimum value is about 2% acid by weight.

После реакции с соляной кислотой смесь железосодержащий материал/углерод смешивают со связующим веществом для формования в одной или более формах. Прореагировавшая смесь смешивается с карбонатом кальция, алюмосиликатным связующим веществом, органическим связующим веществом и поливиниловым спиртом. Можно ограничиться смешиванием прореагировавшей смеси с карбонатом кальция и алюмосиликатным материалом. Карбонат кальция действует как отвердитель, а также как флюс, удаляющий примеси в процессе восстановления железосодержащей фазы. Алюмосиликат также действует и как отвердитель, и как флюс. After reacting with hydrochloric acid, the iron / carbon mixture is mixed with a binder to form in one or more forms. The reacted mixture is mixed with calcium carbonate, an aluminosilicate binder, an organic binder, and polyvinyl alcohol. It may be limited to mixing the reacted mixture with calcium carbonate and aluminosilicate material. Calcium carbonate acts as a hardener, as well as as a flux, which removes impurities during the recovery of the iron-containing phase. Aluminosilicate also acts as a hardener and as a flux.

В качестве алюмосиликатного материала может использоваться любой материал, применяемый при формовке (модификации каолиновой глины, каолинит, смесь глинозема с кремнеземом, доломитовая известь в виде глины и т.п.). As the aluminosilicate material, any material used during molding can be used (modifications of kaolin clay, kaolinite, a mixture of alumina with silica, dolomite lime in the form of clay, etc.).

Органическое связующее вещество примешивают в смесь карбоната кальция и алюмосиликата. Оно описано в патентной заявке США N 08/184099, описание которой включено в данное описание путем ссылки на нее. Это связующее вещество приготавливают растворением стироловой или акрилонитриловой полимерной смолы в гигроскопическом растворителе, таком как метилэтилкетон. An organic binder is mixed into a mixture of calcium carbonate and aluminosilicate. It is described in US patent application N 08/184099, the description of which is incorporated into this description by reference to it. This binder is prepared by dissolving a styrene or acrylonitrile polymer resin in a hygroscopic solvent such as methyl ethyl ketone.

Эмульсию, полученную эмульгированием поливинилового полимера в воде, добавляют к смеси со стироловым полимерным связующим веществом. Полученная в результате смесь тщательно гомогенизируется. В качестве поливинилового полимера может быть использован поливиниловый спирт или поливинилацетат. An emulsion obtained by emulsification of a polyvinyl polymer in water is added to a mixture with a styrene polymer binder. The resulting mixture is thoroughly homogenized. As the polyvinyl polymer, polyvinyl alcohol or polyvinyl acetate can be used.

Гомогенизированная смесь с поливинилацетатом или поливиниловым спиртом затем формуется в твердые макрообъекты любым подходящим способом (экструзионное прессование, прессование в пресс-форме и т.д.). В типичном случае для получения плотного, устойчивого к разрушению и абразивному истиранию продукта давление экструзионного прессования и прессования в прессформе должно быть достаточно высоким - примерно 1050 - 3150 кг/см² (оптимальное значение - 2100 кг/см²).The homogenized mixture with polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol is then molded into solid macro objects by any suitable method (extrusion pressing, compression molding, etc.). In a typical case, to obtain a dense, resistant to destruction and abrasion of the product, the pressure of extrusion pressing and pressing in the mold should be quite high - approximately 1050 - 3150 kg / cm ² (optimal value - 2100 kg / cm ² ).

На прилагаемом чертеже представлена технологическая карта, иллюстрирующая сущность изобретения. The accompanying drawing is a flow chart illustrating the essence of the invention.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Пример 1
Этот пример иллюстрирует обработку порошкообразного исходного железосодержащего материала (ЖСМ) и угольной мелочи для получения высокосортного рафинированного железа. Как показано на чертеже, ЖСМ сначала очищают с использованием поверхностно-активного вещества, чтобы создать размягченную субстанцию, содержащую масла и другие загрязняющие ЖСМ компоненты. ЖСМ высушивают во вращающейся сушильной печи до испарения размягченной субстанции и уменьшения общего содержания влаги предпочтительно до уровня примерно 2%, хотя в зависимости от требований к получаемой композиции эта величина может доходить до 6% по весу.Information confirming the possibility of carrying out the invention
Example 1
This example illustrates the processing of powdered starting iron-containing material (FMS) and coal fines to produce high-grade refined iron. As shown in the drawing, the FSM is first purified using a surfactant to create a softened substance containing oils and other contaminants of the FSM. FSMs are dried in a rotary drying oven until the softened substance evaporates and the total moisture content decreases, preferably to about 2%, although depending on the requirements for the resulting composition, this value can reach up to 6% by weight.

Затем очищенный ЖСМ отвешивают в смеситель вместе с доменным коксом (примерно 25% по весу) и обрабатывают соляной кислотой (примерно 2% по весу). ЖСМ, кокс и соляную кислоту далее перемешивают в течение примерно 5 минут. Then the purified FSM is weighed into the mixer along with blast furnace coke (about 25% by weight) and treated with hydrochloric acid (about 2% by weight). FSM, coke and hydrochloric acid are further mixed for about 5 minutes.

После перемешивания к обработанным кислотой ЖСМ и коксу добавляют карбонат кальция (примерно 5% по весу) и каолит (Al₂O₃ + SiO₂) (примерно 2,5% по весу), эту смесь далее перемешивают в течение примерно 5 минут. Карбонат кальция и каолит действуют как отвердители смеси, содержащей ЖСМ, а также как флюсы при восстановлении материала до металлического состояния.After stirring, calcium carbonate (about 5% by weight) and kaolite (Al ₂ O ₃ + SiO ₂ ) (about 2.5% by weight) are added to the acid-treated FSM and coke, and this mixture is further stirred for about 5 minutes. Calcium carbonate and kaolite act as hardeners of a mixture containing FSM, as well as fluxes when restoring the material to a metallic state.

После перемешивания в смеситель добавляют органическое связующее вещество (примерно 3% по весу), перемешивание продолжают в течение примерно 5 минут. В качестве связующего вещества используют стироловую полимерную смолу (примерно 10% по весу), растворенную в гигроскопическом растворителе, например в метилэтилкетоне. Т.к. это связующее вещество содержит гигроскопический растворитель, вся вода, выделившаяся в предыдущих реакциях, удаляется вместе с растворителем. After stirring, an organic binder (about 3% by weight) is added to the mixer, stirring is continued for about 5 minutes. As a binder, a styrene polymer resin (about 10% by weight) dissolved in a hygroscopic solvent, for example methyl ethyl ketone, is used. Because this binder contains a hygroscopic solvent, all water released in the previous reactions is removed together with the solvent.

После перемешивания к смеси добавляют полимер поливинилового спирта (примерно 4% по весу), перемешивание продолжают в течение примерно 10 минут. Затем материал переносят в брикетировочный пресс высокого давления или любое другое устройство такого рода для получения прочного, удобного в обращении брикета. After stirring, a polyvinyl alcohol polymer (about 4% by weight) is added to the mixture, stirring is continued for about 10 minutes. Then the material is transferred to a high-pressure briquetting press or any other device of this kind to obtain a durable, easy-to-handle briquette.

Далее полученные брикеты или твердые изделия другой конфигурации нагревают для отверждения до примерно 120^oC - 205^oC. В процессе отверждения содержание влаги в брикете уменьшается до уровня менее примерно 2% по весу. Сразу после отверждения брикеты помещают в электродуговую печь, где происходит восстановление окислов. Восстановление окислов железа происходит с минимальным расходом энергии, т.к. брикеты удерживаются под слоем шлака связующим веществом до тех пор, пока идет реакция восстановления между коксом и оксидированным железом. Другие материалы, добавляемые к брикетам или твердым макрообъектам другой конфигурации, действуют как флюсы, перенося примеси в слой шлака, находящийся выше уровня жидкого металла.Further, the resulting briquettes or solid products of a different configuration are heated to cure to about 120 ^° C - 205 ^° C. During the curing process, the moisture content in the briquette is reduced to a level of less than about 2% by weight. Immediately after curing, the briquettes are placed in an electric arc furnace, where oxides are reduced. The reduction of iron oxides occurs with minimal energy consumption, because briquettes are held under a slag layer by a binder until a reduction reaction occurs between coke and oxidized iron. Other materials added to briquettes or solid macroobjects of a different configuration act as fluxes, transferring impurities to a slag layer above the level of a liquid metal.

Вместо стиролового полимера может быть использован акрилонитриловый полимер. Подходящим полимерным материалом является эмульсия гомополимера ПВА 30-024, производимая компанией National Starch and Adhesive. Акрилонитриловый полимер желательно хранить в жидком состоянии с помощью метилэтилкетона. Акрилонитриловый полимер производится компанией Polymerland. Технический метилэтилкетон, производимый компаниями Dice Chemical Co и Thatcher Chemical Co, вполне удовлетворителен. Пропорция 90% по весу метилэтилкетона и 10% по весу акрилонитрилового полимера удовлетворяет предъявляемым требованиям, хотя эти количества могут варьироваться. Instead of a styrene polymer, an acrylonitrile polymer may be used. A suitable polymeric material is a PVA 30-024 homopolymer emulsion manufactured by National Starch and Adhesive. Acrylonitrile polymer is preferably stored in a liquid state with methyl ethyl ketone. Acrylonitrile polymer is manufactured by Polymerland. Technical methyl ethyl ketone produced by Dice Chemical Co and Thatcher Chemical Co is quite satisfactory. A proportion of 90% by weight of methyl ethyl ketone and 10% by weight of acrylonitrile polymer meets the requirements, although these amounts may vary.

Примеры 2-5
Эти примеры иллюстрируют обработку порошкообразного исходного железосодержащего материала (ЖСМ) и угольной мелочи для получения высокосортного рафинированного железа. Первым этапом, общим для всех этих примеров, является очистка ЖСМ с использованием поверхностно-активного вещества, создающего размягченную субстанцию, содержащую масла и другие загрязняющие ЖСМ компоненты. Затем ЖСМ высушивают во вращающейся сушильной печи до испарения размягченной субстанции и уменьшения общего содержания влаги.Examples 2-5
These examples illustrate the processing of powdered iron source material (FMS) and coal fines to produce high-grade refined iron. The first step common to all of these examples is the purification of the FSM using a surfactant that creates a softened substance containing oils and other contaminating FSM components. Then the FSM is dried in a rotary drying oven until the softened substance evaporates and the total moisture content decreases.

Далее очищенный ЖСМ отвешивают в смеситель вместе с углеродным материалом в виде мелких частиц и обрабатывают соляной кислотой (примерно 2% по весу). ЖСМ, мелкие частицы углеродного материала и соляную кислоту перемешивают в течение примерно 5 минут. После перемешивания к обработанным кислотой ЖСМ и мелким частицам углерода добавляют карбонат кальция (примерно 5% по весу) и каолит (Al₂O₃ + SiO₂) (2,5% по весу), перемешивание продолжают в течение примерно 5 минут.Next, the purified FSM is weighed into the mixer together with the carbon material in the form of fine particles and treated with hydrochloric acid (about 2% by weight). FSM, fine particles of carbon material and hydrochloric acid are mixed for about 5 minutes. After stirring, calcium carbonate (about 5% by weight) and kaolite (Al ₂ O ₃ + SiO ₂ ) (2.5% by weight) are added to the acid-treated FSM and small carbon particles, stirring is continued for about 5 minutes.

После перемешивания в смеситель добавляют органическое связующее вещество (примерно 3% по весу), перемешивание продолжают в течение примерно 5 минут. В качестве связующего вещества используют акрилонитриловый полимер, который сохранялся в жидком состоянии с помощью метилэтилкетона, как это описано выше. After stirring, an organic binder (about 3% by weight) is added to the mixer, stirring is continued for about 5 minutes. As a binder, an acrylonitrile polymer is used, which was stored in the liquid state with methyl ethyl ketone, as described above.

После перемешивания к смеси добавляют такой же, как в примере 1, гомополимер поливинилового спирта, перемешивание продолжают в течение 10 минут. Затем материал переносят в брикетировочный пресс или любое другое устройство такого рода для получения твердого, прочного, удобного в обращении брикета. After stirring, the same homopolymer of polyvinyl alcohol is added to the mixture, as in Example 1, stirring is continued for 10 minutes. Then the material is transferred to a briquetting press or any other device of this kind to obtain a solid, durable, easy-to-handle briquette.

Затем изделия, например, в виде брикетов нагревают для отверждения до примерно 120^oC - 205^oC. В процессе отверждения содержание влаги в брикете уменьшается до уровня менее примерно 2% по весу. Сразу после отверждения брикеты или твердые объекты другой конфигурации помещают в электродуговую печь, где происходит восстановление окислов. Был проведен анализ исходных материалов, а также железо- и шлакосодержащих продуктов, полученных путем восстановления. Результаты испытаний приведены ниже.Then the products, for example, in the form of briquettes, are heated for curing to about 120 ^° C - 205 ^° C. During the curing process, the moisture content in the briquette is reduced to a level of less than about 2% by weight. Immediately after curing, briquettes or solid objects of a different configuration are placed in an electric arc furnace, where oxides are reduced. An analysis was made of the starting materials, as well as iron and slag-containing products obtained by reduction. The test results are shown below.

Пример 2
В этом примере в качестве мелких частиц углерода использовалась коксовая мелочь (2600 ккал), а ЖСМ представлял собой смесь окалины, образующейся при сталепрокате (компания Nucor, США), и оксида железа из осадков кислородной печи (компания Gulf States, США). Результаты анализа исходных материалов, готовых брикетов и восстановленных продуктов (в % по весу) приведены ниже в таблице А. Из массы брикета, участвовавшей в процессе восстановления, 88% вошло в содержащий железо продукт, а 21% перешел в шлак (сумма этих цифр не равна 100% из-за погрешностей измерений и ошибок округления).Example 2
In this example, coke breeze (2600 kcal) was used as small particles of carbon, and LFM was a mixture of scale formed during steel rolling (Nucor, USA) and iron oxide from the precipitation of an oxygen furnace (Gulf States, USA). The results of the analysis of the starting materials, finished briquettes and reduced products (in% by weight) are shown below in Table A. From the mass of the briquette involved in the recovery process, 88% went into the iron-containing product, and 21% went to slag (the sum of these 100% due to measurement errors and rounding errors).

Пример 3
В этом примере в качестве мелких частиц углерода использовалась коксовая мелочь (2600 ккал), а ЖСМ представлял собой смесь окалины, образующейся на сталепрокатном заводе, и шлама из фильтров кислородного конвертера (Q-BOP) (оба в г. Женева, Юта). Результаты анализа исходных материалов, готовых брикетов и восстановленных продуктов (пять восстановленных проб брикетов) (в % по весу) приведены ниже в таблицах Б-1 и Б-2. Для проб 1 - 3 результаты по шлаку суммированы по всем трем пробам. Соотношения массы брикета, участвовавшей в процессе восстановления, и массы шлака приведены в таблице В. (Сумма этих цифр не равна 100% из-за погрешностей измерений и ошибок округления).Example 3
In this example, coke breeze (2600 kcal) was used as small particles of carbon, and FGM was a mixture of scale formed in a steel mill and sludge from oxygen converter filters (Q-BOP) (both in Geneva, Utah). The results of the analysis of starting materials, finished briquettes and reduced products (five restored samples of briquettes) (in% by weight) are shown below in tables B-1 and B-2. For samples 1–3, the slag results are summarized for all three samples. The ratios of the briquette mass involved in the recovery process and the slag mass are shown in Table B. (The sum of these figures is not 100% due to measurement errors and rounding errors).

Пример 4
В этом примере в качестве мелких частиц углерода использовалась коксовая мелочь (2600 ккал), а ЖСМ представлял собой смесь железной руды (шахта "Женева", Юта) и шлама из фильтров кислородного конвертера (Q-BOP) (компания "Geneva Steel", Женева, Юта). Результаты анализа исходных продуктов, готовых брикетов и восстановленных продуктов (пять восстановленных проб брикетов) (в % по весу) приведены ниже в таблице Г. В пробе 1 примерно 88,9% массы брикета, участвовавшей в процессе восстановления, перешло в железосодержащий продукт, а 22, 1% - в шлак. (Сумма этих цифр не равна 100% из-за погрешностей измерений и ошибок округления). Для пробы 2 данные такого рода получены не были.Example 4
In this example, coke breeze (2600 kcal) was used as the fine carbon particles, and the FMS was a mixture of iron ore (Geneva Mine, Utah) and sludge from oxygen converter filters (Q-BOP) (Geneva Steel, Geneva , Utah). The results of the analysis of the initial products, finished briquettes and reduced products (five restored samples of briquettes) (in% by weight) are shown in Table D below. In sample 1, approximately 88.9% of the mass of the briquette involved in the reduction process was converted to an iron-containing product, and 22, 1% - to slag. (The sum of these numbers is not 100% due to measurement errors and rounding errors). For sample 2, data of this kind were not obtained.

Пример 5
В этом примере в качестве мелких частиц углерода использовалась коксовая мелочь (2600 ккал), а ЖСМ представлял собой пылевидный оксид железа, полученный в виде побочного продукта при производстве фотопленок. Результаты анализа исходных материалов из различных партий и сводные результаты анализов продуктов восстановления железа (в % по весу) приведены ниже в таблице Д.Example 5
In this example, coke breeze (2600 kcal) was used as the fine carbon particles, and FSM was a pulverized iron oxide obtained as a by-product in the production of photographic films. The results of the analysis of the starting materials from various batches and the summary results of the analysis of the products of iron reduction (in% by weight) are given in Table D.

Пример 6
В этом примере в качестве мелких частиц углерода использовалась тонкодисперсная угольная пыль, а ЖСМ представлял собой те же продукты, что и в примере 3. Результаты анализа продуктов восстановления железосодержащих материалов и шлака (в % по весу) представлены ниже в таблице Е.Example 6
In this example, finely dispersed coal dust was used as fine carbon particles, and FGM was the same products as in Example 3. The results of the analysis of the reduction products of iron-containing materials and slag (in% by weight) are presented below in Table E.

Теория
Можно предположить, что в рамках настоящего изобретения происходит полимеризация углеродных частиц, содержащихся в углеродном материале, в новое, не идентифицированное до сих пор длинноцепное полимерное соединение, которое и обеспечивает усиление структурирующих взаимодействий в получаемых продуктах. Известно, что окислы железа гидролизуются в воде. В ходе этой реакции образуются свободные карбоксильные ионы, присутствующие в данном соединении.Theory
It can be assumed that, within the framework of the present invention, the polymerization of the carbon particles contained in the carbon material takes place into a new, long-chain polymer compound not yet identified, which enhances the structural interactions in the resulting products. It is known that iron oxides are hydrolyzed in water. During this reaction, free carboxyl ions are present that are present in this compound.

Введение метилэтилкетона с растворенным в нем полимером, по всей вероятности, позволяет присоединить стироловый полимер к свободным ионам углерода путем замены полимера на воду, которая поглощается растворителем. The introduction of methyl ethyl ketone with the polymer dissolved in it, in all probability, allows the styrene polymer to be attached to free carbon ions by replacing the polymer with water, which is absorbed by the solvent.

На следующем этапе вводится поливинилацетат. Опять-таки присутствие метилэтилкетона играет катализирующую роль в процессе удаления воды и позволяет акрилонитрилу или стиролу прореагировать с поливинилацетатом. In the next step, polyvinyl acetate is introduced. Again, the presence of methyl ethyl ketone plays a catalytic role in the process of water removal and allows acrylonitrile or styrene to react with polyvinyl acetate.

Полученные в итоге спрессованные макрообъекты (брикеты, таблетки и/или экструдированные твердые изделия) структурно стабильны и не разрушаются на тонкодисперсные частицы при хранении и транспортировке. The resulting compressed macroobjects (briquettes, tablets and / or extruded solid products) are structurally stable and do not break down into fine particles during storage and transportation.

Хотя настоящее изобретение было описано применительно к предпочтительным вариантам и примерам осуществления, однако специалистам в данной области должно быть ясно, что возможны и другие многочисленные варианты осуществления, не выходящие за пределы изобретения. При этом настоящее изобретение в соответствии с его формулой охватывает все изменения и модификации изобретения, не выходящие за пределы изобретательского замысла. Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments and embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous other embodiments are possible without departing from the scope of the invention. Moreover, the present invention in accordance with its formula covers all changes and modifications of the invention, not beyond the scope of the inventive concept.

Claims

1. A method of manufacturing products of finely dispersed iron-containing material, comprising pressing a mixture consisting of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it includes the following operations: (a) mixing the iron-containing material and the carbon material to form an iron-free mixture oils and moisture; (b) dissolving the styrene or acrylonitrile polymer in a hygroscopic solvent; (c) a compound of a dissolved styrene or acrylonitrile polymer, an iron-carbon mixture, calcium carbonate and an aluminosilicate binder; (g) emulsifying the polyvinyl polymer in water, adding an emulsion to the composition according to step (c), and thoroughly homogenizing the resulting product; (e) compressing the mixture according to operation (g) into articles.

2. The method according to claim 1, characterized in that polyvinyl alcohol is selected as the polyvinyl polymer.

3. The method according to claim 1, characterized in that polyvinyl acetate is selected as the polyvinyl polymer.

4. The method according to claim 1, characterized in that during the mixing of the mixture of iron-containing material and carbon material in step (a) add hydrochloric acid.

5. The method according to claim 1, characterized in that the mixture according to operation (e) is pressed in a briquetting press with the formation of molded products.

6. The method according to claim 1, characterized in that the mixture according to operation (e) is pressed into products by extrusion.

7. The method according to claim 1, characterized in that it further includes the operation of heating the products in order to remove moisture from them.

8. The method according to claim 1, characterized in that it further comprises placing the products in the reaction medium in order to recover the iron contained in them.

9. The method according to claim 1, characterized in that the iron-containing material contains heavy metals, and the products are placed in an oven for evaporation of heavy metals and reduction of iron.

10. The method according to p. 1, characterized in that the iron-containing material is subjected to operation (a) before mixing with a surfactant to release organic substances and the formation of a softened substance consisting of a surfactant and organic substances, and drying the softened substance for reduce moisture content due to evaporation.

11. The method according to claim 1, characterized in that the products are pressed under a pressure of 2100 kg / cm ² .

12. The method according to claim 1, characterized in that the hygroscopic solvent contains methyl ethyl ketone.

13. A solid product containing powdered carbon with molecular carbon attachment zones bonded to each other via a long chain polymer, characterized in that it further comprises an iron-containing material.

14. The solid product according to item 13, wherein the long-chain polymer comprises a compound containing styrene or acrylonitrile.

15. The solid product according to item 13 or 14, characterized in that it contains at least 30-60% by weight of iron and at least 7-20% by weight of carbon.

16. A solid product according to any one of paragraphs.13 to 15, characterized in that it contains heavy metals distributed in the form of traces in the iron-containing material.

17. A solid product containing powdered carbon with molecular carbon attachment zones bonded to each other via a long chain polymer, characterized in that it further comprises iron-containing waste material.

18. A solid product containing a powdery material of carbon-containing waste with molecular carbon attachment zones bonded to each other by means of a long-chain polymer, characterized in that it further comprises iron-containing waste material.

19. A method of manufacturing and using solid products, resistant to destruction at high temperatures from a relatively finely divided iron-containing material, comprising pressing a mixture consisting of the specified iron-containing material, carbon material and a binder, characterized in that it includes the polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of a composition containing carbon material and iron-containing waste material, molding the resulting polymer product under high pressing pressure into solid products and the use of solid products without their substantial destruction as a composite source of fuel and iron-containing material in the process of iron regeneration.

20. The method according to claim 19, characterized in that coal is selected as the carbon material.

21. A method of molding solid products from a relatively finely divided iron-containing material, comprising compressing a mixture consisting of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it comprises the polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of a composition containing carbon-containing waste material and an iron-containing material, and a step of molding the resulting polymer product under high pressing pressure into solid products for I subsequent use as a source of composite fuel and iron-containing material into iron during regeneration.

22. A method of molding solid products from a relatively finely divided iron-containing material, comprising compressing a mixture consisting of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it comprises the polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of a composition containing carbon material and iron-containing waste material, and an operation of molding the resulting polymer product under high pressing pressure into solid products for subsequent use as a composite source of fuel and iron-containing material in the process of iron regeneration.

23. A method of molding articles from a relatively finely divided iron-containing material, comprising compressing a mixture of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it comprises the steps of adding polyvinyl acetate to a composition containing an iron-containing material bonded by the reaction product of a styrene or acrylonitrile polymer with carbon powder, and the operation of molding products under high pressing pressure, as well as subsequent use Contents products in high temperature furnaces as a source of fuel and iron-containing material with an iron recovery of ferrous material.

24. The method according to item 23, wherein the selected carbon material is carbon.

25. A method of molding solid products from finely divided iron-containing material, comprising pressing a mixture consisting of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it comprises the polymerization of styrene or acrylonitrile in the presence of a composition containing carbon material and an iron-containing material, and the operation molding the resulting polymer product under high pressure into solid products for subsequent use as a composite source of fuel and iron-containing material in the process of iron regeneration.

26. The method according A.25, characterized in that coal is selected as the carbon material.

27. A method of forming a finely divided iron-containing material, comprising pressing a mixture consisting of said iron-containing material, a carbon material and a binder, characterized in that it comprises the steps of: joining and mixing the finely divided iron-containing material, carbon material, an air conditioner in the form of a styrene or acrylonitrile polymer, dissolved in a hygroscopic solvent of a polymer of polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol; pressing the resulting mixture with the formation of products containing a fuel source and iron-containing material for subsequent regeneration of iron from it.

28. The method according to item 27, wherein coal is selected as the carbon material.